生活在虚拟的“别处”

文/高天寒

生活在虚拟的“别处”

文/高天寒

随着计算机及图形学技术的高速发展，虚拟现实技术逐渐走进了人们的日常生活，无形当中改变着人们的生活和工作方式。虚拟现实技术的应用，使人们的思考和认知如虎添翼，获得了直观的、全新的交互体验，生活在虚拟的“别处”正在成为现实。

高天寒

东北大学交互式媒体与计算技术研究所所长

VR构建多维信息空间

虚拟现实（英文全称为Virtual Reality, 简称为VR），是指采用以计算机为核心的现代高科技手段生成的逼真的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等一体化的虚拟环境，用户借助一些特殊的输入/输出设备，采用自然的方式与虚拟世界的人或物体进行彼此交互，相互影响，从而产生身临其境的感觉和体验。

VR一词由美国VPL公司创建人拉尼尔在20世纪80年代初提出，也称灵境技术或人工环境，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。

VR是感官的延伸，其以沉浸性、交互性和想象性为基本特征，构建了多维信息空间。其中，人在整个虚拟现实系统中具有主导作用。

从1956年具有多感官体验的立体电影系统Sensorama被开发，VR技术已经走过了60个年头，1990年起进入快速发展和完善阶段，与VR技术密切相关的计算机软件、硬件系统迅速发展，推动了虚拟现实技术在各行业的应用。

VR技术具备“3I”特性（见图1）：交互性（Interactivity）、沉浸性（Immersion）和想象性（Imagination）。其中“交互性”和“沉浸性”这两个特征是VR与其他相关技术（如三维动画、科学可视化以及传统的多媒体图形图像技术等）最本质的区别。同时，这三个特性也突出了人在虚拟现实系统中的主导作用。

图1 虚拟现实技术特性

首先，人不只是被动地通过键盘、鼠标等输入设备和计算环境中的单维数字化信息发生交互，从计算机系统的外部去观测计算处理的单调结果，而是能够主动地沉浸到计算机系统所创建的环境中去，计算机将根据用户的特定行为而不是接口设备的状态来实现人机交互。

其次，人用多种传感器与多维化信息系统的环境发生交互，即用集视、听、嗅、触等多感知于一体的、人类更为适应的认知方式和便利的操作方式来进行，以自然、直观的人机交互方式来实现高效的人机协作，从而使用户沉浸其中，使参与者有“真实”的体验。

最后，人能像对待一般物理实体一样去直接体验、操作信息和数据，并在体验中插上想象的翅膀，翱翔于这个多维信息构成的虚拟空间中，成为和谐人机环境的主导者。

随着科学技术的快速发展，与VR技术相匹配的硬件、软件产品及系统也在不断地完善中。VR系统（见图2）主要由虚拟环境产生器、人机接口设备和相应的管理系统等组成。在实际应用中，根据VR技术对沉浸程度的高低和用户交互程度的不同，可以把VR系统划分为4种类型：桌面式虚拟现实系统（Desktop VR）、沉浸式虚拟现实系统（Immersive VR）、增强现实虚拟现实系统（Augmented Reality VR）、分布式虚拟现实系统（Distributed VR）。

近年来，由于VR技术的实时三维空间表现能力、人机交互式操作环境以及其给人类带来的身临其境的感受，人们越来越认识到它的重要性。当前，VR技术在各行各业得到不同程度的发展，并且显现出越来越广阔的应用前景。虚拟教育、数字医疗、虚拟城市、虚拟战场……无一不是VR技术的应用领域，传统行业正在发生革命性的改变，人类的工作和生活方式正在发生巨变。

图2 虚拟现实体系结构

全面升级生活体验

教育领域：促进教育公平与效率

教育事关国家发展和民族未来。VR技术的出现，可以有效解决教育资源分配不均、教育成本高昂以及教育安全无法保障等现实问题。

一方面，利用VR技术，可以实现以前无法或很难实现的教学。比如，在医学尤其是外科专业教学中，通常需要大量解剖实验，由于人体器官往往成本高昂，并且实验资源很难供应，一般医学院难以进行充足的解剖教学。而此项实验又是培养医科人才所必需的项目，这种现实矛盾严重制约了我国医学人才培养计划，并且一直找不到合适的解决途径。随着VR技术不断成熟，其良好的沉浸性恰恰可以解决此类教育中资源短缺的问题。在实际教学过程中，通过VR技术建立逼真的人体模型，使用虚拟设备展现在学生面前，并在虚拟的场景中逼真地模拟现实中的教学操作。而且，虚拟模型可以重复多次利用，从根本上解决了传统教学模式下教育资源不足的难题，这也必将成为一种新的医学人才培养模式。

另一方面，随着政府对职业教育的大力推动，职业教育院校培育并为社会输入了大量专业技能人才。同样受限于教育资源，职业教育院校所培养的专业技能人才质量参差不齐，尤其在一些高危工作领域。出于教学安全性考虑，学校往往无法进行实际技能教学，这为初入社会的高危工作从业者埋下了严重的安全隐患。现在，通过VR技术模拟各种现实中的工作场景并进行反复的技能教学，不但充分保证了师生的人身安全，而且能够大幅提升教学质量，保证学生在未来实际工作中遇到各种突发问题时沉着应对，降低工作中的不安全因素。

城市规划：让规划更科学合理

随着我国经济的飞速发展，各大城市也在经历着日新月异的变化。新的城市建设规划至关重要，因为它直接决定了市民生活的便利性，以及城市发展的长期性和稳定性。

运用虚拟现实技术结合数字测绘技术，基于真实数据的基础上建立虚拟城市模型，在虚拟场景中规划设计城市建设，尝试各种规划方案，模拟运行规划成果，可以保证决策的全面性和可靠性。而且城市规划者可以择优选择，从而保证规划的科学性和准确性，节省人力、财力资源，推动城市建设的良性有序发展，最大限度造福市民。

医疗领域：数字化问诊造福人民

由于医疗资源过度集中，偏远地区的人们无法享受到良好的医疗诊治，进而可能造成无法挽回的医疗悲剧。

面对这种情况，VR技术的运用可以在很大程度上改变这种状况。借助于虚拟设备通过网络通道，可以实现实时数字化问诊。在虚拟场景中医生可以形象直观地对患者的症状进行了解，从而做出全面判断。在利用现有医疗资源的基础之上，有效提高了诊断准确率，大大降低了误诊几率，也使得偏远地区人们能够享受到现代医学所带来的福音。

VR将在国民教育、健康医疗、电子商务和文化推广等领域产生深远影响，全方位升级人类的生活体验。

电子商务：让购物者身临其境

电子商务如今渗入生活各个方面，网络购物逐步成为人们购物首选。与此同时，VR技术正利用自身高科技特性为电子商务发展注入新的活力与能量。

目前最具代表性的产品当数阿里巴巴集团旗下的“Buy+”项目，“Buy+”是利用TMC三维动作捕捉技术捕捉消费者的动作并触发虚拟环境的反馈，最终实现虚拟场景中的互动。

简单来说，用户可以直接与虚拟世界中的人和物进行交互，甚至将现实生活中的场景虚拟化，形成一个可以互动的商品。基于VR技术良好的沉浸性和交互性，人们可以在购物时身临其境，直观了解商品属性并判断眼前的商品是否适合自己，甚至在虚拟的世界中试用商品，特别是在网购服装等商品时。以往，网络购物只能通过卖家图片或视频了解商品，不能保证买到的商品是否适合自己，只有收货后才能判断，而如果不适合还要进行退货操作，这也是以往网购中的痛点所在。

VR技术的应用将大大提高网购准确性，从根本上打消网民顾虑，提高网购效率，为电子商务增添新的色彩。

文化推广：让文化更具魅力

VR在文化推广方面大有可为。借助VR技术，可以为用户提供丰富的视觉、听觉、触觉等感官体验模拟，使用户进入一个由VR技术构建的虚拟真实世界，获得身在其中的感受，带来文化展现和推广方面的革新和突破。

2015年，《纽约时报》推出了面向智能手机和谷歌纸板头盔的虚拟现实新闻客户端，向用户提供浸入式报道，其中包括纪录片、新闻现场视频等，有效增强用户的新闻阅读感受。

国内的“数字敦煌”项目对洞窟进行VR虚拟漫游节目制作，对洞窟在一个或者多个视点上进行全景式360度拍摄，全方位记录洞窟信息。而在敦煌壁画的数字化制作过程中，将VR虚拟漫游技术及三维测量重建技术结合进来，实现洞窟的逼真再现，也使得敦煌艺术在保护和传承之外，有了更为丰富的传播渠道。

2016年，东北大学交互式媒体与计算技术研究所对已经消失的宁夏“固原古城”进行了VR重现，人们可以通过佩戴VR头盔重温当时丝绸之路重镇的辉煌。

变革工作与协同方式

VR技术不仅将对人们的日常生活带来巨大影响，还将变革人类的传统工作与协作方式，大幅提升工作效率。

产品开发与设计：优化研发效率

企业产品开发与设计，特别是一些高精密产品的设计开发成本往往高昂。设计完成后需要生产出产品模型供客户验收，如果发现问题就要改动设计并重新制造新的模型，周而复始，极大地浪费生产资源，也无形中增加了设计成本。

在此过程中，应用VR技术可以构造出完全基于现实设计的虚拟产品模型，并在虚拟场景中让客户试用。如果发现问题可以及时改进，并且可以重复利用产品模型进行操作直到客户满意为止，避免了重复制作产品模型的浪费，也在很大程度上缩短了产品设计周期，降低了设计成本，达到双赢局面。

另外，VR技术的应用也能有效整合各种资源，快速分享设计成果，提高团队协作效率。

建立虚拟场景的实验环境，不但能够减少设计研发成本，而且能够突破一些设计资源瓶颈，保证充足实验数量而不必计较成本增加，在根本上保证产品的可靠性。

总之，VR技术对促进高科技产业和制造业的快速发展有重要的意义。

人力资源培训：提升培训效果

随着劳务市场规模不断扩大，大量从业人员亟待培训。受制于培训资源规模有限，培训质量难以保证，这为就业带来了不稳定因素。

借助VR技术可以构建虚拟培训平台，并通过虚拟设备实现身临其境的培训效果。这突破了培训地点、培训场次和培训人员的限制，最大限度利用现有培训资源，提高培训质量，最大化降低培训成本。

同时，由于VR技术良好的交互性，可以使原本枯燥难懂的知识变得形象具体，在真实数据的基础上建立生动美观的虚拟场景模型，以最直观的方式展现在受训者面前，让其真正沉浸到知识中，有效提升学习效率和质量，降低培训难度。

这种运用VR技术的虚拟培训平台，对于各类企业培训，包括远程教学及个性化教学等，都可发挥巨大促进作用。

医药研发：让研发更安全

一款新的药物，从其研发到投入市场的过程中，需要进行大量人体实验，需要大量志愿者从事试药这项危险任务。而新的药物在研制之初往往具有很大不确定性，无疑将对试药志愿者的身体健康带来不利影响。

利用VR技术模拟构建真实人体模型，将药物各项属性数据导入虚拟人体中，全面分析各种现象，可以提早发现各种不稳定因素，进而提前修改。在药物数据达到一定安全标准后再进行人体试验，可以有效保证志愿者的身体安全。

VR技术变革了人类工作与协作方式，在产品研发与设计、人力资源培训和医药研发等领域带来巨大影响。

随着VR技术的不断发展和完善，其在医学研究领域将扮演更加重要的角色，在保障人类身体健康和疾病治疗方面必将发挥更大的作用。

近年来，VR技术获得了很大发展与突破，比如增强现实(Augmented Reality，AR)技术和分布式虚拟现实技术，可以让场景更加真实、交互更加自由。只是目前虚拟现实设备的价格还是太昂贵，虚拟现实应用还主要存在于科学研究和某些特定的商业领域。相信随着VR技术的发展和设备成本的降低，VR将逐步走向实用化、平民化。

如今，VR技术与各领域的广泛结合，未来前景十分广阔，它不只可以有效地提升人们的生活体验和工作效率，更可以激发人类的创造思维，点燃人们追求美好世界的梦想。

责任编辑：卫丽红